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      幾種不同的光散射傳感器的介紹

      來源:本站日期:2020/10/10 瀏覽:0

      幾種不同的光散射傳感器的介紹

       

      早期的光散射傳感器采用紅外光,這種傳感器價格比較低廉,但對1微米以下的顆粒物尤其是濃度較低的時候很難產生準確的散射判斷。紅外光由于光線強度不夠,只能用濁度法測量。所謂濁度法,就是一邊是發射光線,另一邊接收,空氣越渾濁光線損失掉的能量就越大,由此來判定目前的空氣濁度。實際上這種方法是不能夠準確測量PM2.5的,甚至光線的發射、接收部分一旦被靜電吸附的粉塵覆蓋,就會直接導致測量不精準。

      這種方法做出來的傳感器只能定性測量(可以測出相對多少),不能定量測量(因為數值會飄)。更何況這種方法也區分不出顆粒物的粒徑來,所以凡是用這種傳感器的性能都不是太好。目前這一類的傳感器有夏普、神榮、三贏等。但因其價格低廉,在民用領域有一定的市場。

      當時這種光散射傳感器也叫灰塵傳感器,原理是微粒和分子在光的照射下會產生光的散射現象,與此同時,還吸收部分照射光的能量。當一束平行單色光入射到被測顆粒場時,會受到顆粒周圍散射和吸收的影響,光強將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測濃度場的相對衰減率。而相對衰減率的大小基本上能線性反應待測場灰塵的相對濃度。光強的大小與經光電轉換的電信號強弱成正比,

      通過測得電信號就可以求得相對衰減率。

      灰塵傳感器的應用:

      灰塵傳感器被廣泛應用于大氣測量、火災、煙氣測量及工業鍋爐、窯爐、化工廠排煙測量等領域。也可以用于各種布袋除塵器的破損檢測及各種類型除塵器除塵效率的測量,為這些領域的自動化控制提供可靠的信號。

      灰塵傳感器的主要參數:

      1、光學原理,能夠探測1微米以上的粉塵粒子;

      2、兩種輸出模式,解決不同靈敏度使用要求,潔凈環境Vout輸出高電平信號(4V);

      3、5VDC供電;

      4、探測粒子范圍:最大到8000pcs/283ml1um以上粒子);

      所以對于要求相對較高的場合可以優選激光散射傳感器。

      激光法和粒子計數法:

      相關的論文很多,就是激光散射的方法,并不是直接測量濁度,這一類的傳感器共同的特點就是離不開風扇(或者用泵吸),因為這種方法空氣如果不流動是測量不到空氣中的懸浮顆粒物的,而且通過數學模型可以大致推算出經過傳感器氣體的例子直接大小,空氣流量等,經過復雜的數學算法,最終得到比較真實的PM2.5數值,這一類傳感器是激光散射,對靜電吸附的灰塵免疫,當然如果用灰塵吧傳感器堵死了,自然也不可能測到。

      缺點是激光的壽命較短,如果連續運行的話基本上也就一年多的壽命而已,這還是廠家優化算法之后能夠達到的壽命,但在絕大多數場合已經夠用了,而且如果不連續運行,激光的壽命還能夠更長。

      結構和原理對比

      紅外原理粉塵傳感器的結構和電路比較簡單。其光源為紅外LED光源,氣流進出風口主要靠電阻發熱以獲得熱氣流流動,有顆粒通過即輸出高電平。輸出信號只有PWM型號。

      激光傳感器的結構和電路相對復雜。其光源為激光二極管。采樣空氣通過風扇或鼓風機推動,通過復雜設計的風道,進行檢測。當空氣中的細顆粒物進入激光束所在區域時,將使激光發生散射;散射光在空間360°都有輻射,我們在適當位置放置光電探測器,使之只接收散射光,然后經過光電探測器的光電效應產生電流信號,經電路放大及處理后,即可得到細顆粒物濃度值。輸出信號一般為串口輸出。

      測量精度

      紅外原理粉塵傳感器只能檢測到1um以上的顆粒,測量精度不足。因為紅外LED光散射的顆粒信號較弱,只對大于1um的大顆粒有響應,而且又僅用加熱電阻來推動采樣氣流,采樣數較少,數據計算完全交由上位機進行。而激光粉塵傳感器可以檢測到0.3um以上的顆粒。因為自帶高性能CPU,采用風扇或鼓風機采集大量數據,經由專業顆粒計數算法分析;綜上,在采樣數、數據源、算法三方面都比紅外粉塵傳感器更有優勢。

      應用場合

      由于精度不足,紅外原理傳感器主要用于工礦揚塵,檢測對象為大粒徑、高濃度粉塵,檢測級別是mg/m3,無法準確測量PM2.5的濃度。

      而激光原理傳感器主要應用在PM2.5檢測領域,以精度量化PM2.5質量??汕度氲郊矣茫ㄜ囕d、手持)空氣檢測儀、空氣凈化器中。此外,激光原理傳感器在物聯網數據采集、環境質量檢測等領域亦有應用。

      發展趨勢

      在激光散射傳感器進入民用領域之前,空氣凈化器中大量采用了紅外粉塵傳感器。但隨著空氣凈化器行業的發展,加上一些大廠實現了激光粉塵傳感器的批量化生產,激光散射傳感器的造價在逐步降低,同時終端客戶對精準測量空氣質量的要求也越來越高。采用激光原理傳感器、精準量化PM2.5質量已是業內公認的趨勢。

      激光散射傳感器在環境監測領域的進一步發展

      普通的激光散射傳感器采用軸流式風機,顆粒物傳感器尺寸較小,激光發射單元包含一個凸透鏡對激光光束會聚,會聚后的光束為點光束,呈常見的高斯強度分布模式,激光光束分布不均勻,導致同一粒徑的顆粒物穿過光束的中心線和中心邊緣時輸出的檢測信號不一致,容易造成傳感器對顆粒物粒徑誤判,不同粒徑之間會相互交叉干擾,不能實現多通道顆粒物同時測量(不能同時輸出PM1.0、PM2.5PM10),僅能輸出PM1.0PM2.5PM10一個參數。應用在空氣凈化器,新風系統,家用空氣檢測儀上較多。在環境監測領域也有應用。


                               線形激光傳感器原理圖

                               線形激光傳感器結構圖

      隨著技術的進步,環境監測市場的爆發,對光散射傳感器的精度要求越來越高。為實現PM1.0、PM2.5、PM10,TSP同時輸出,且測量精度更高。更先進的激光散射傳感器光路中不再采用傳統的聚焦透鏡,而是通過采用新型光學透鏡對激光光束整形為能量分布均勻的線形光束,克服顆粒物不同粒徑的測量干擾問題??蓪崿F不同粒徑顆粒物同時測量。同時線性激光束,能量更強,更穩定,測得結果更準確。

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